作者：寒灵 | 来源：互联网 | 2023-09-08 18:58
模式动机(StatePattern)：软件系统中,每一个模块在不同的环境下可能发挥着不同的作用,表现为同一对象可能有多种不同的状态,而每种状态下可能有不同的行为。在UML图中，可以
模式动机(State Pattern)：软件系统中,每一个模块在不同的环境下可能发挥着不同的作用,表现为同一对象可能有多种不同的状态,而每种状态下可能有不同的行为。在UML图中，可以用状态图来表示。在程序设计中，我们引入一个抽象状态接口，其中封装了与当前环境状态相关的行为，然后定义具体的状态实现类，根据状态的不同实现不同的行为，并且负责状态之间的切换操作。
参与者：
TCPConnection:（当前工作环境 Context）：维护一个状态接口的实例，这个实例表示当前环境所处的状态。
TCPState:（抽象状态接口 State）：定义一个接口，封装与Context的状态相关的一系列行为。
TCPState/TCPListen/TCPClosed：定义具体状态的行为实现，并且负责在不同状态之间的切换工作。
Context实际上就是拥有不同状态的对象，Context将与当前状态相关的行为实现委托给具体的状态类处理。客户用具体状态配置Context，配置完毕后，不需要再与具体状态之间交互了，之后完全可以通过Context类进行操作。
之所以设计状态类，是因为Context有多种状态，如果在Context类中通过分支语句实现不同状态的逻辑判断，代码显得非常庞大，而且也不利于修改和维护。因此，将不同的状态及其对应的行为封装到不同的类中，有利于理解整体的软件设计结构。
状态模式将所有与某个特定的状态相关的行为都放入一个对象中，只需实现抽象状态接口即可增加新的状态。但是新增状态必须修改状态转换代码，否则无法切换到新的状态。一般而言，系统当前只能有一份某个具体状态的实例，因此可以将其引用设为static类型。同时如果不同的状态对象只是以类型来区分，而不涉及只与自身相关的内部状态，那么该对象就可以设计为享元对象，以节约系统空间。
模式结构图：
模式代码：
bt_状态模式.h：
1 #ifndef SP_H
2 #define SP_H
3 #include
4 #include <string>
5 using namespace std;
6
7 /*
8 TCP连接
9 */
10 class TCPState;
11 class TCPClosed;
12 class TCPConnection
13 {
14 public:
15 TCPConnection();
16 void ActiveOpen();
17 void PassiveOpen();
18 void Close();
19 void Send();
20
21 private:
22 friend class TCPState;
23 void ChangeState(TCPState* s);
24
25 private:
26 TCPState* state;
27 };
28
29 /*
30 TCP状态接口
31 */
32 class TCPState
33 {
34 public:
35 virtual ~TCPState();
36 virtual void ActiveOpen(TCPConnection* conn);
37 virtual void PassiveOpen(TCPConnection* conn);
38 virtual void Close(TCPConnection* conn);
39 virtual void Send(TCPConnection* conn);
40
41 protected:
42 virtual void ChangeState(TCPConnection* conn, TCPState* s);
43 };
44
45 /*
46 TCP建立状态
47 */
48 class TCPEstablished : public TCPState
49 {
50 public:
51 static TCPState* Instance();
52 virtual void Close(TCPConnection* conn);
53 // ...
54 };
55
56 /*
57 TCP监听状态
58 */
59 class TCPListen : public TCPState
60 {
61 public:
62 static TCPState* Instance();
63 virtual void Send(TCPConnection* conn);
64 // ...
65 };
66
67 /*
68 TCP关闭状态
69 */
70 class TCPClosed : public TCPState
71 {
72 public:
73 static TCPState* Instance();
74 virtual void ActiveOpen(TCPConnection* conn);
75 virtual void PassiveOpen(TCPConnection* conn);
76 // ...
77 };
78
79 #endif // SP_H
bt_状态模式.cpp:
1 #include "bt_状态模式.h"
2
3 /* TCP连接 */
4 TCPConnection::TCPConnection()
5 {
6 cout <<"Default TCPConnection State (Closed)" << endl;
7 state = TCPClosed::Instance();
8 }
9 void TCPConnection::ActiveOpen(){ state->ActiveOpen(this); }
10 void TCPConnection::PassiveOpen(){ state->PassiveOpen(this); }
11 void TCPConnection::Close(){ state->Close(this); }
12 void TCPConnection::Send(){ state->Send(this); }
13
14 void TCPConnection::ChangeState(TCPState* s){ state = s; }
15
16 /* TCP状态接口 */
17 TCPState::~TCPState(){ }
18 void TCPState::ActiveOpen(TCPConnection* conn){ }
19 void TCPState::PassiveOpen(TCPConnection* conn){ }
20 void TCPState::Close(TCPConnection* conn){ }
21 void TCPState::Send(TCPConnection* conn){ }
22
23 void TCPState::ChangeState(TCPConnection* conn, TCPState* s){ conn->ChangeState(s); }
24
25 /* TCP建立状态 */
26 TCPState* TCPEstablished::Instance(){ return new TCPEstablished; }
27 void TCPEstablished::Close(TCPConnection* conn)
28 {
29 cout <<"TCPEstablished::Close (Established ---> Closed)" << endl;
30 ChangeState(conn, TCPClosed::Instance());
31 }
32
33 /* TCP监听状态 */
34 TCPState* TCPListen::Instance(){ return new TCPListen; }
35 void TCPListen::Send(TCPConnection* conn)
36 {
37 cout <<"TCPListen::Send (Listen ---> Established)" << endl;
38 ChangeState(conn, TCPEstablished::Instance());
39 }
40
41 /* TCP关闭状态 */
42 TCPState* TCPClosed::Instance(){ return new TCPClosed; }
43 void TCPClosed::ActiveOpen(TCPConnection* conn)
44 {
45 cout <<"TCPClosed::ActiveOpen (Closed ---> Established)" << endl;
46 ChangeState(conn, TCPEstablished::Instance());
47 }
48 void TCPClosed::PassiveOpen(TCPConnection* conn)
49 {
50 cout <<"TCPClosed::PassiveOpen (Closed ---> Listen)" << endl;
51 ChangeState(conn, TCPListen::Instance());
52 }
测试用例.cpp:
1 #include "bt_状态模式.h"
2
3 int main()
4 {
5 cout <<"***** 状态模式测试 *****" << endl;
6 TCPConnection* cOnn= new TCPConnection; // 默认状态下为Closed状态
7 conn->PassiveOpen(); // 被动打开转为Listen状态
8 conn->Send(); // 发送信息需要转为Established状态
9 conn->Close(); // 转为Closed状态
10
11 delete conn;
12
13 return 0;
14 }
模式总结：
：： 状态模式的设计主要是为了简化多重分支语句，增加代码简洁性，易于维护。
：： 状态模式不强制指定哪一个参与者定义状态转换规则。如果状态转换规则可以确定保持不变，那么由Context类实现也完全可以；然而令具体状态类指定转换规则会更加灵活，这也是我们经常用到的状态模式实现方式。
：： 状态模式并不能很好地支持“开闭原则”，新增状态时必须修改状态转换代码，否则无法切换到新的状态。
：： 与用查找表定义的转换映射相比，状态模式侧重于与特定状态相关的行为实现；而表模式侧重于定义状态转换规则，其难以加入伴随状态发生的一系列动作。
21 行为型模式-----状态模式
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